لیزرها به ابزارهای تحقیقاتی فزاینده ای در پزشکی، فیزیک، شیمی، زمین شناسی، زیست شناسی و مهندسی تبدیل می شوند. در صورت استفاده نادرست، آنها می توانند باعث خیره شدن و آسیب (از جمله سوختگی و شوک الکتریکی) به اپراتورها و سایر پرسنل، از جمله بازدیدکنندگان معمولی آزمایشگاه شوند و خسارت مالی قابل توجهی به بار آورند. کاربران این دستگاه‌ها باید احتیاط‌های ایمنی لازم را در هنگام کار با آنها کاملاً درک کرده و به کار گیرند.
لیزر چیست؟
کلمه "لیزر" (eng. LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) مخفف "تقویت نور توسط تشعشعات القایی" است. فرکانس تابش تولید شده توسط لیزر در قسمت مرئی طیف الکترومغناطیسی یا نزدیک آن است. انرژی از طریق فرآیندی به نام "تابش ناشی از لیزر" به حالتی با شدت بسیار بالا تقویت می شود.
اصطلاح "تابش" اغلب به اشتباه درک می شوداشتباه است، زیرا برای توصیف مواد رادیواکتیو نیز استفاده می شود. در این زمینه به معنای انتقال انرژی است. انرژی از طریق رسانش، همرفت و تابش از مکانی به مکان دیگر منتقل می شود.
انواع مختلفی از لیزرها در محیط های مختلف کار می کنند. گازها (به عنوان مثال، آرگون یا مخلوطی از هلیوم و نئون)، کریستال های جامد (مثلاً یاقوت سرخ) یا رنگ های مایع به عنوان محیط کار استفاده می شوند. وقتی انرژی به محیط کار می رسد، به حالت برانگیخته می رود و انرژی را به صورت ذرات نور (فوتون) آزاد می کند.
یک جفت آینه در هر دو انتهای لوله مهر و موم شده، نور را در یک جریان متمرکز به نام پرتو لیزر منعکس یا منتقل می کند. هر محیط کاری پرتویی با طول موج و رنگ منحصر به فرد تولید می کند.
رنگ نور لیزر معمولاً بر حسب طول موج بیان می شود. این غیر یونیزه است و شامل طیف فرابنفش (100-400 نانومتر)، مرئی (400-700 نانومتر) و مادون قرمز (700 نانومتر - 1 میلی متر) از طیف است.
طیف الکترومغناطیسی
هر موج الکترومغناطیسی دارای فرکانس و طول منحصر به فرد مرتبط با این پارامتر است. همانطور که نور قرمز فرکانس و طول موج خاص خود را دارد، همه رنگ های دیگر - نارنجی، زرد، سبز و آبی - فرکانس ها و طول موج های منحصر به فردی دارند. انسان قادر به درک این امواج الکترومغناطیسی است، اما قادر به دیدن بقیه طیف نیست.
اشعه گاما، اشعه ایکس و فرابنفش بیشترین فراوانی را دارند. فرو سرخ،امواج مایکروویو و امواج رادیویی فرکانس‌های پایین‌تری از طیف را اشغال می‌کنند. نور مرئی در یک محدوده بسیار باریک در بین قرار دارد.
تابش لیزر: قرار گرفتن در معرض انسان
لیزر یک پرتو مستقیم نور تولید می کند. در صورت هدایت، انعکاس یا تمرکز بر روی یک جسم، پرتو تا حدی جذب می شود و دمای سطح و داخلی جسم را افزایش می دهد که ممکن است باعث تغییر یا تغییر شکل ماده شود. این ویژگی‌ها که در جراحی لیزر و پردازش مواد کاربرد پیدا کرده‌اند، می‌توانند برای بافت انسان خطرناک باشند.
علاوه بر تابش که اثر حرارتی روی بافت ها دارد، تابش لیزر خطرناک است و اثر فتوشیمیایی ایجاد می کند. شرایط آن یک طول موج به اندازه کافی کوتاه است، یعنی قسمت فرابنفش یا آبی طیف. دستگاه های مدرن تشعشعات لیزری تولید می کنند که تأثیر آن بر روی شخص به حداقل می رسد. لیزرهای کم توان انرژی کافی برای آسیب رساندن ندارند و خطری هم ندارند.
بافت های انسان به انرژی حساس هستند و تحت شرایط خاصی، تابش الکترومغناطیسی از جمله اشعه لیزر می تواند به چشم و پوست آسیب برساند. مطالعات بر روی سطوح آستانه تشعشعات تروماتیک انجام شده است.
خطر چشم
چشم انسان بیشتر از پوست در معرض آسیب است. قرنیه (سطح جلویی شفاف بیرونی چشم)، بر خلاف درم، دارای لایه بیرونی سلول‌های مرده نیست که در برابر تأثیرات محیطی محافظت کند. لیزر و فرابنفشاشعه توسط قرنیه چشم جذب می شود که می تواند به آن آسیب برساند. آسیب با ادم اپیتلیوم و فرسایش و در صدمات شدید - کدر شدن محفظه قدامی همراه است.
لنز چشم همچنین می تواند در معرض آسیب دیدن در معرض اشعه لیزرهای مختلف - مادون قرمز و ماوراء بنفش باشد.
با این حال، بزرگترین خطر، تأثیر لیزر بر روی شبکیه در قسمت مرئی طیف نوری است - از 400 نانومتر (بنفش) تا 1400 نانومتر (نزدیک مادون قرمز). در این ناحیه از طیف، پرتوهای همسو بر روی مناطق بسیار کوچکی از شبکیه متمرکز می شوند. نامطلوب ترین نوع نوردهی زمانی اتفاق می افتد که چشم به دوردست نگاه می کند و یک پرتو مستقیم یا بازتابیده وارد آن می شود. در این حالت غلظت آن روی شبکیه به 100000 برابر می رسد.
بنابراین، یک پرتو مرئی با توان 10 میلی‌وات در سانتی‌متر2 با قدرت 1000 W/cm2 روی شبکیه عمل می‌کند.. این بیش از حد کافی برای ایجاد آسیب است. اگر چشم به دوردست نگاه نکند، یا اگر پرتو از یک سطح منتشر و غیر آینه ای منعکس شود، تابش بسیار قوی تر منجر به آسیب می شود. اثر لیزر بر روی پوست فاقد اثر فوکوس است، بنابراین کمتر در معرض آسیب در این طول موج ها است.
اشعه ایکس
برخی از سیستم های ولتاژ بالا با ولتاژهای بالاتر از 15 کیلو ولت می توانند پرتوهای ایکس با قدرت قابل توجهی تولید کنند: تابش لیزر، که منابع آن لیزرهای اکسایمر با پمپ الکترون بالا هستند، و همچنینسیستم های پلاسما و منابع یونی این دستگاه‌ها باید از نظر ایمنی در برابر تشعشع، از جمله برای اطمینان از محافظت مناسب، آزمایش شوند.
طبقه بندی
بسته به قدرت یا انرژی پرتو و طول موج تابش، لیزرها به چند کلاس تقسیم می شوند. این طبقه بندی بر اساس پتانسیل این است که دستگاه در صورت قرار گرفتن مستقیم در معرض پرتو یا هنگام انعکاس از سطوح بازتابنده منتشر، باعث آسیب فوری به چشم، پوست یا آتش شود. تمام لیزرهای تجاری با علامت گذاری روی آنها شناسایی می شوند. اگر دستگاه خانگی بود یا علامت دیگری نداشت، باید در مورد طبقه‌بندی و برچسب‌گذاری مناسب توصیه شود. لیزرها با قدرت، طول موج و زمان نوردهی متمایز می شوند.
دستگاههای ایمن
دستگاه های درجه یک تابش لیزری با شدت کم تولید می کنند. نمی تواند به سطوح خطرناک برسد، بنابراین منابع از اکثر کنترل ها یا سایر اشکال نظارت مستثنی هستند. مثال: چاپگرهای لیزری و پخش‌کننده سی‌دی.
دستگاه های ایمن مشروط
لیزرهای کلاس دوم در قسمت مرئی طیف ساطع می کنند. این تابش لیزری است که منابع آن باعث می‌شود که فرد واکنش طبیعی رد نور بیش از حد روشن (رفلکس چشمک) داشته باشد. هنگامی که در معرض پرتو قرار می گیرد، چشم انسان پس از 0.25 ثانیه پلک می زند که محافظت کافی را ایجاد می کند. با این حال، تابش لیزر در محدوده مرئی می تواند با قرار گرفتن در معرض مداوم به چشم آسیب برساند.مثالها: نشانگرهای لیزری، لیزرهای ژئودتیک.
لیزرهای کلاس 2a دستگاه هایی با کاربرد ویژه با توان خروجی کمتر از 1 میلی وات هستند. این دستگاه ها تنها زمانی آسیب می رسانند که به طور مستقیم بیش از 1000 ثانیه در یک روز کاری 8 ساعته قرار گیرند. مثال: بارکدخوان.
لیزرهای خطرناک
کلاس 3a به دستگاه هایی اطلاق می شود که با قرار گرفتن کوتاه مدت در معرض چشم محافظت نشده آسیبی نمی بینند. ممکن است هنگام استفاده از اپتیک های متمرکز مانند تلسکوپ، میکروسکوپ یا دوربین دوچشمی خطرناک باشد. مثالها: لیزر He-Ne 1-5 میلی‌واتی، برخی از نشانگرهای لیزری و سطوح ساختمان.
پرتو لیزر کلاس 3b در صورت اعمال مستقیم یا بازتابش به عقب ممکن است باعث آسیب شود. مثال: لیزر هن 5-500 میلی‌وات، لیزرهای تحقیقاتی و درمانی بسیاری.
کلاس 4 شامل دستگاه هایی با سطح توان بیشتر از 500 مگاوات است. آنها برای چشم، پوست و همچنین خطر آتش سوزی خطرناک هستند. قرار گرفتن در معرض پرتو، انعکاس های چشمی یا منتشر آن می تواند باعث آسیب چشم و پوست شود. تمام اقدامات امنیتی باید انجام شود. مثال: لیزر Nd:YAG، نمایشگر، جراحی، برش فلز.
تابش لیزر: محافظت
هر آزمایشگاه باید حفاظت کافی برای افرادی که با لیزر کار می کنند فراهم کند. پنجره‌های اتاق‌هایی که تشعشعات دستگاههای کلاس 2، 3 یا 4 می‌تواند از آن عبور کند و باعث آسیب شودمناطق کنترل نشده باید در حین کار با چنین دستگاهی پوشیده یا محافظت شوند. برای حداکثر محافظت از چشم، موارد زیر توصیه می شود.
- پرتو باید در یک غلاف محافظ غیر بازتابنده و غیر قابل اشتعال محصور شود تا خطر قرار گرفتن در معرض تصادفی یا آتش سوزی به حداقل برسد. برای تراز کردن پرتو، از صفحه های فلورسنت یا مناظر ثانویه استفاده کنید. از تماس مستقیم چشمی خودداری کنید.
- از کمترین توان برای روش تراز پرتو استفاده کنید. در صورت امکان، از دستگاه های ارزان قیمت برای مراحل تراز اولیه استفاده کنید. از حضور اجسام بازتابنده غیرضروری در ناحیه لیزر اجتناب کنید.
- عبور پرتو در منطقه خطر را در ساعات غیر کاری با استفاده از کرکره و سایر موانع محدود کنید. از دیوارهای اتاق برای تراز کردن پرتو لیزرهای کلاس 3b و 4 استفاده نکنید.
- از ابزارهای غیر بازتابنده استفاده کنید. برخی از موجودی‌هایی که نور مرئی را منعکس نمی‌کنند، در ناحیه نامرئی طیف، به صورت کاذب در می‌آیند.
- جواهرات انعکاسی نپوشید. جواهرات فلزی نیز خطر برق گرفتگی را افزایش می دهد.
Goggles
هنگام کار با لیزرهای کلاس 4 با ناحیه خطر باز یا جایی که خطر انعکاس وجود دارد، باید از عینک ایمنی استفاده شود. نوع آنها بستگی به نوع تابش دارد. عینک باید به گونه ای انتخاب شود که در برابر انعکاس ها، به ویژه بازتاب های منتشر، محافظت کند و تا حدی محافظت کند که رفلکس محافظ طبیعی بتواند از آسیب چشم جلوگیری کند. چنین دستگاه های نوریتا حدی دید پرتو را حفظ کنید، از سوختگی پوست جلوگیری کنید، احتمال بروز حوادث دیگر را کاهش دهید.
عواملی که در انتخاب عینک باید در نظر گرفت:
- طول موج یا ناحیه طیف تابش؛
- چگالی نوری در یک طول موج خاص؛
- حداکثر روشنایی (W/cm2) یا قدرت پرتو (W);
- نوع سیستم لیزری؛
- حالت قدرت - نور لیزر پالسی یا حالت پیوسته؛
- قابلیت های بازتاب - چشمگیر و پراکنده؛
- میدان دید؛
- وجود لنزهای اصلاحی یا اندازه کافی برای استفاده از عینک اصلاحی؛
- آرامش;
- وجود سوراخ های تهویه برای جلوگیری از مه گرفتگی؛
- تاثیر بر روی دید رنگ؛
- مقاومت در برابر ضربه;
- توانایی انجام وظایف ضروری.
از آنجایی که عینک های ایمنی مستعد آسیب و سایش هستند، برنامه ایمنی آزمایشگاه باید شامل بررسی دوره ای این ویژگی های حفاظتی باشد.
